第二节 平行线路横联差动方向保护

一、横联差动方向保护的工作原理

1.保护对象：采用双回线供电平行线路。

2.保护范围：双回线的全长。

3.原理：比较双回线路的电流及功率方向，有选择性地瞬时切除故障线路。

4.横差方向保护的单相原理接线：图4一2所示。

结构：每相保护由两个变比相等的电流互感器、一个电流继电器及两个功率方向继电器组成。电流继电器及两个功率方向继电器的电流线圈接于两个电流互感器的差回路中。电流继电器作为起动元件，功率方向继电器作为故障线路的选择元件，电流互感器的极性标注如图4—2所示。

为防止单回路运行在区外发生短路引起保护误动，将保护的直流操作电源经两断路辅助常开触点闭锁。这样只有当双回线路都投入运行时，横差方向保护才允许投入，而任断路器断开，横差保护都自动退出工作。

工作原理：在正常运行及外部发生短路时，两线路中的电流相等。两电流互感器差回路中的电流仅为很小的不平衡电流，小于继电器的起动电流，电流继电器不会起动。

内部故障时，如在线路WLl的K点发生短路，平行线路的A侧IdWL1>I’dWL1, 电流继电器中的电流。当Ir＞Iop时，电流继电器1动作。功率方向继电器2承受正方向功率动作，功率方向继电器3承受负功率不动作，因而跳开1QF。对于线路B侧，流过线路1及线路2的短路电流相等，方向相反．差回路中的电流。当Ir＞Iop时，电流继电器动作，功率方向继电器 2'承受正功率，接点闭合，跳开 3QF瞬时切除故障线路WL1横差保护退出工作，非故障线路WL2继续运行。

线路WL2发生故障时，横差保护同样动作，只切除故障线路2。

二、横联差动方向保护的相继动作区和死区

系统接线如图4－3所示。当故障发生在N侧母线附近，如K点，两平行线路M端流过的短路电流近似相等，M侧横差保护装置差回路的电流很小，电流继电器可能不动。靠近故障点的横差保护，由于两线路中短路电流方向相反，电流继电器中流有很大的差电流可使保护动作，跳开故障线路近短路点的断路器，如3QF。断路器跳开后，短路电流重新分配，远离短路点M侧横差保护差回路流有短路电流，保护动作切除故障线路。线路两侧保护装置这种先后动作切除故障的方式称为相继动作。产生相继动作的范围称为相继动作区。加装横差方向保护的双电源平行线路，两侧都存在相继动作区。相继动作区内发生故障，切除故障的时间增长（约0.2s）。

图4—3 横差方向保护相继动作分析图

相继动作区长度的计算：网络接线如图4－3所示。现以M侧保护为例，为简化计算，假设相继动作区的临界点K的短路电流与N侧母线上的短路时的短路电流相等，。M侧保护中起动元件的一次动作电流为

（

依据电压平衡方程式

式中 Z1—每回线单位长度上的正序阻抗

IdN一一一母线N处短路电流，近似等于相继动作区临界点的短路电流。

相继动作区的长度用百分数表示

同理可求出N侧保护的相继动作区。两侧保护相继动作区的总长度不得大于被保护线路总长的50％．

2． 死区

功率方向继电器采用90︒接线，但当出口发生三相短路时，母线残压为零，功率方向继电器不动作，这种不动作的范围称为死区。死区在本保护出口，在对侧保护的相继动作区内。在死区内发生三相短路，两侧横差保护都不能动作。死区的长度不允许大于被保护线路全长的10％。

三、横联差动方向保护的整定计算

1．电流继电器的动作电流

（l）为保证横差保护范围外故障保护不动作，横差保护的动作电流应按躲开外部短路最大不平衡电流整定

式中Krel—可靠系数，取1.25；

I'unb∙max=Kerr· Knp· Kst·Id∙max—电流互感器 10％误差引起的最大不平衡电流；

Knp—非周期分量的影响系数，取为2，当采用速饱和变流器时，取为1;

I"unb∙max—两回输电线路参数不同引起的最大不平衡电流；

Id∙max—外部故障，流过一回线的短路电流。

电流继电器的起动电流

（2）躲开单回线运行时的最大负荷电流

躲开最大负荷电流是防止一回线一侧断开，对侧另一回线未退出横差保护时，横差保护误动。采用返回电流大于最大负荷电流是防止单回线运行发生区外故障，横差电流继电器起动，由于横差保护的直流电源被断开回路的断路器辅助接点闭锁，不能发出跳闸脉冲。当外部故障切除后，通过横差继电器最大负荷电流，如不能保证继电器返回，另一回线路某侧断路器先投入时，横差闭锁开放，将运行的非故障线路切除。

2．灵敏度校验

（1）在平行的双回线路上，两侧的断路器都处在合闸位置。当区内发生故障时，应能保证至少有一侧保护有足够的灵敏度。为此，应在两侧保护灵敏度相等的那一点发生故障时，两侧都有足够的灵敏度。这样，当故障点向一侧移动时，靠近故障点的一侧保护的灵敏系数增大，而远离故障点的一侧保护的灵敏度必然下降。在相同灵敏系数点发生故障时，要求保护的灵敏度为2，即

式中 Id•M、Id•N－相同灵敏点短路时，流入两侧横差保护最小一次电流；

Iop•M、Iop•N —两侧保护一次动作电流。

当在相继动作区内短路时，一侧断路器已经断开的情况下．要求另一侧保护的灵敏度系数大于1.5。

四、横联差动方向保护的优缺点及应用范围

优点：能够迅速而有选择性地切除平行线路上的故障，实现起来简单、经济，不受系统振荡的影响。缺点：存在相继动作区，当故障发生在相继动作区时，切除故障的时间增加1倍。由于采用了功率方向继电器，保护装置还存在死区。在单回线运行时，横差保护要退出工作，为此需加装单回线运行时线路的主保护和后备保护。

横联差动电流方向保护适用于66kV及以下的平行线路上。